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大气科学是一门研究大气的各种现象(包括人类活动对其的影响),这些现象的演化规律以及如何利用这些规律为人类服务的学科。 大气科学是地球科学的组成部分。 大气科学的子学科主要包括大气探测,气候学,天气学,动态气象学,大气物理学,大气化学,人工天气修改,应用气象学等。

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大气科学是研究大气中各种现象(包括人类活动对其的影响),这些现象的演化规律以及如何使用它们 以人类为准则的法律。 大气科学是地球科学的组成部分。 其研究对象主要是覆盖整个地球的大气层。 此外,还研究了太阳系中其他行星的大气。 大气,尤其是地球表面的低层大气以及与之相关的水圈,岩石圈和生物圈,是人类赖以生存的主要环境。  

各种大气现象及其变化过程可以为人类带来雨水和温暖; 它们还会引起严重的高温和低温以及干旱,洪水,风和冰雹以及其他灾难,直接影响人类的生产和安全。 在生产和生活过程中,人类还不断影响自然环境(包括大气)。 如何理解大气中的各种现象,如何及时正确地预测未来的天气和气候,以及人为地调整和防御不利的天气和气候条件是人类自古以来一直在探索的领域。  。 随着科学技术和生产的迅速发展,大气科学在国民经济和社会生活中发挥着越来越重要的作用,其研究领域已经超出了通常所说的气象学的范围。 

研究对象

大气科学研究 气氛,以及如何利用这些法律为人类服务。 它是地球科学不可或缺的一部分。 它的研究对象主要是覆盖地球的大气层和太阳系中其他行星的大气层。  

简介

覆盖整个地球的大气,质量约为5.3×10 ^ 21克,约占地球总质量的百万分之一。 由于重力,有90%的空气质量集中在距地面15公里以下的大气层中,而99.9%的空气质量集中在48公里以内。 在海拔2000公里以上,大气极为稀薄,逐渐过渡到星际空间,没有明确的上限。 大气本身的可压缩性,太阳辐射,地球的形状及其重力,地球的公转和自转,地球表面上的海洋和陆地分布以及地形起伏,地球和地球生态系统的演化 等等是由地球大气的特定成分和特定成分引起的。 结构的主要自然条件和特定的运动状态。 人类活动及其对生态因素的影响是影响大气成分,大气结构和大气运动的人为条件。  

地球大气的主要成分是氮气,氧气和氩气,占大气总量的99.96%。 其他气体的含量非常小,包括二氧化碳、,、氖气,氦气,甲烷,氢气,一氧化碳,氙气,臭氧,ra,水蒸气等。 诸如水滴,冰晶,灰尘,孢子和花粉之类的液体和固体颗粒也悬浮在大气中。 太阳系中的九个行星都具有大气层(请参阅行星大气层)。 地球大气中的氧气是人类赖以生存的物质基础。 氧气的出现及其含量的变化与地球的形成和生物的进化密切相关(请参阅地球大气层的进化)。 大气中的水蒸气来自河流,湖泊和海洋的蒸发,植物的排放以及其他含水物质的蒸发。 夏季,在炎热潮湿的地方(如高温海面或森林),大气中水蒸气含量的体积比可达到4%,而在冬季,干燥,寒冷的地方(如极地地区)则为 小于0.01%。 水蒸气与大气温度发生相变,变云并引起降雨,并成为淡水的主要来源。 水的相变和水文循环过程不仅将大气与水圈,岩石圈和生物圈紧密联系在一起,而且对能量转换和大气运动变化也有重要影响(请参阅能量平衡和大气环流转换)  )。 大气中的二氧化碳含量受植物的光合作用,动物的呼吸作用,含碳物质的燃烧以及海水对二氧化碳的吸收的影响。 工业的发展,化石燃料(例如煤,石油,天然气)和森林的增加在覆盖率降低的情况下,观察到二氧化碳含量逐年增加。 由于人类活动的影响,大气中不存在或很少存在的诸如甲烷和一氧化二氮之类的气体也在迅速增加。 这些温室气体含量的变化对大气温度的重要影响已成为研究现代气候变化的前沿课题。 大的空气中的臭氧含量很小,即使在距地面20-30公里的最高浓度下,其含量也不到这一层大气的十分之一。 但是,大气中的臭氧层可以吸收大量太阳紫外线辐射的有害部分,这在保护人类方面起着非常重要的作用。 此外,大气臭氧层的存在在平流层大气温度中也起着重要作用。 由于人类活动对高空光化学过程的影响会导致臭氧含量的变化,因此研究人类活动对臭氧含量的影响已成为医学和气象界普遍关注的问题。  

地球大气的密度,温度,压力,成分和电磁特性都随海拔高度而变化,并具有多层结构特征。 大气的密度和压力通常随海拔高度呈指数下降; 温度,成分和电磁特性会随海拔高度而变化,并且可以根据它们各自的变化特性分为几个级别。  

大气运动
地球大气的运动非常复杂。 地球的自转和公转以及地球自转轴的方向产生了地球上昼夜交替,季节变化以及赤道到两极温度降低的定律。 由于陆地,海洋和地貌的不均匀分布,地表温度并未根据纬度区域完全分布,而是呈现出非带状的不均匀分布。 温度,压力和大气密度之间有着密切的关系。 大气压力的不均匀分布(即压力场)将导致大气的运动,而大气的运动将导致压力场的重新调整。 大气的水平会聚运动和发散运动将导致大气在垂直方向上上升和下沉,大气的垂直运动也会影响大气的水平运动。 大气通过各种形式的运动(例如机械运动和热运动)在水平和垂直方向上传输和转换物质和能量。 整个大气层通过各种机制彼此紧密联系,形成一个小至几米以下,大至数千公里甚至数万公里的空间尺度,时间尺度短至几秒钟, 只要几十天或更长时间。 各种大气运动系统。 在影响大气运动的因素中,人为因素正在发生变化(例如工业和农业生产导致大气中温室气体的增加,大规模森林砍伐等),自然因素也在发生变化(例如火山喷发) 等会引起辐射的能量变化,地球自转轴方向变化等)。 有些更改是有规律的,有些更改是无规律的。 大气的运动也显示出规律性和随机性的特征。  

大气分类级数

根据温度随高度的变化,地球的大气层从地表向上依次分为对流层,平流层,中间层和热层。 对流层靠近地球表面,温度随着海拔的升高而降低,平均每升高1 km降温6.5°C,直到对流层顶部的温度降至最低。 对流层中的对流运动是重要的,并且是垂直传热的主要控制因素。 云和降水主要发生在这一层。 对流层顶的高度在赤道地区约为18公里,在中纬度地区约为12公里,在极地地区约为8公里。 平流层在对流层上方,平流层的顶部在地面上方约50公里处。 平流层中的臭氧层吸收太阳紫外线辐射,这是导致该层的温度随高度升高的主要因素。 该层的温度分层非常稳定,并且其中的垂直传热主要受辐射传输的影响。 中间层位于平流层上方,中间层的顶部距离地面约85公里。 层中的温度随着海拔的升高而降低。 热层位于中间层上方,热层的顶部距离地面约500公里。 这层大气层吸收太阳紫外线辐射,并且温度随着高度的升高而升高。 热圈顶部上方是外层大气,那里的大气非常稀薄,每立方厘米少于10个原子(在海平面上约10个原子每立方厘米)。  

根据组件状态

根据组件状态可以将地球大气分为同质层和非同质层。 在距地面约85公里的高度以下是均匀层,该层中大气成分的比例是相同的,并且平均分子量是恒定的。 在大约110公里的高度上,有一个不均匀的层。 在重力作用下将层中的大气成分分开后,将打火机放在顶部,将较重的放在底部。 平均分子量随着高度的增加而降低。 距地面85至110公里的是从均质层到非均质层的过渡层。  

根据电磁特性

根据电磁特性,地球大气可以分为中性层,电离层和磁层。 从表面到60公里的高度,它是一个中性层。 电离层距离地面60公里至500-1000公里。 磁层在地面以上500-1000公里。 电离层可以反射无线电波,这对于无线电波通信极为重要。 磁层是地球大气层的最外层,磁层的顶部是弯曲的表面,可以平衡太阳风的动能密度和地磁场的能量密度。  

发展前景

大气科学是一门古老的学科。 有关天气和气候的知识源于长期的生产劳动和社会生活经验。 早在渔猎时代和农业时代,人们就逐渐积累了相关的天气,了解气候变化。 公元前2世纪的中国有24个太阳学期和72个现象。 它们是从生产和生活实践中总结出来的,并被再次使用。 指导农业活动。 后来的工业和农业生产活动,军事活动,导航,航空和航天活动以及海洋,冰川,高原和空间测量的发展,不断为大气科学提出了新的课题,并促进了大气科学的发展。  

太阳辐射

在17世纪之前,人们对大气和大气中各种现象的理解是直观和经验性的。 从17世纪到18世纪,由于物理和化学技术的发展,温度,压力,风和湿度等测量仪器的不断发明,以及氮和氧等元素的相继发现,使人们对碳的认识有了定量的认识。 人类大气的组成和运动。 状况。 结果,大气科学研究已经从单纯的定性描述发展到可以进行定量分析的阶段。 这是大气科学发展的飞跃。  1820年,在确定大气压力,温度,湿度,风和其他气象要素以及逐步建立气象观测站网络的条件下,HW Brands绘制了历史上第一张气象图,开创了现代气象分析和气象学的先河 预测该方法为大气科学的发展向理论研究开辟了一条途径。 这是大气科学史上的又一次飞跃。  1835年科里奥利力的概念以及C.H.D.提出的风与压之间的关系 1857年的贝贝罗成为地球大气动力学和天气分析的基石。 大约在1920年,气象学家J. Pieknis,H。Solberg和THP Bergeron提出了前沿,旋风和气团的理论,为1到2天的天气分析和天气预报的变化奠定了基础。 理论基础。  1783年,法国人J.A.C. 查理用探测气象元素的仪器制作了一个氢气球。 无线电探空仪在1930年代开始被广泛使用,这使我们能够了解大气的垂直结构,真正的三维大气科学研究也从那时开始。 根据测深数据绘制的高海拔天气图显示出长长的大气波。  1939年,气象学家C.-G.  Rossby提出了长波动力学,并由此提出了潜在涡度理论(请参阅大气动力学方程)。 这不仅将理论上的天气预报期延长至3至4天,而且为随后的数值天气预报和大气环流数值模拟开辟了道路。  1946年我Langmuir,VJ Schaefer和B. Vonnegut的“云播种”实验证明,过冷云中固体二氧化碳或碘化银的播种可以使云中的过冷水滴结晶,并增加云中的水量。 冰晶的数量促进了降水,并且自此进入了人为地影响天气的实验阶段。  

在大气科学的漫长发展过程中,主要研究内容是气候学,天气学,大气热力学和动力学以及大气中的声音,光和电等物理现象,传统上称为气象学。 随着现代科学技术在气象学中的应用,其研究范围日益扩大。  1950年代以前,尽管由于海洋和沙漠等人烟稀少的地区缺乏数据和计算上的困难,大气科学已经取得了长足的进步,但它仍然无法摆脱定性或半定性的研究现状。  1950年代后,采用了各种新技术,特别是电子计算机和气象卫星,并且大气科学得到了长足的发展。  1960年代后,大气科学术语的应用越来越广泛,极大地扩展了传统气象学的研究内容。 由于采用了各种新技术,特别是电子计算机和气象卫星,大气科学得到了突飞猛进的发展,主要表现在以下两个方面:

①不断采用新的探测技术,使大气科学成为一种新的探测技术。 宏观的看法。  ,是微观微观世界的新阶段。 得益于气象卫星,气象火箭,激光,微波,红外等遥感探测方法的使用,大气观测能力得到了增强,观测空间得到了扩大。 气象卫星探测大气层以外的大气层,不仅扩大了观测范围,而且极大地丰富了观测内容,例如广阔的海面温度,云层的微观结构以及大气辐射的平衡。 气象卫星已成为现代大气科学发展的支柱之一。  

②电子计算机的使用使大气科学研究进入了定量实验研究的新阶段。 大气中各种过程的相互影响以及大气现象(如线)中的跳跃形式都具有非常复杂的非线性问题。 大规模高速电子计算机的出现为求解非线性方程式提供了条件。 为了了解几周,几个月甚至一年内大气的可能状态,还需要依靠高速计算机来获取和处理全球数据,并使用全球模型进行天气预报和气候预测。 电子计算机是现代大气科学发展的另一个支柱。  

太阳紫外线辐射

大气科学的迅速发展方兴未艾。 与世界气候计划等专门该项目的实施将在常规观测系统的基础上,更多地利用各种探测方法,例如气象卫星,海洋观测卫星,多普勒雷达和各种特殊装备的飞机,以及新的大气化学观测和分析。 观测各种特殊项目的方法,例如海高,太阳常数,云和辐射反馈,海上风,土壤湿度,碳循环等。通过执行上述观测和计划,将会有更广泛和深入的了解 研究气候变化的精细结构和中小型天气系统及其发生和发展的原因。 研究结果将继续提高灾难性天气预报的水平,并继续预测人类活动。 影响气候的可能后果,以便在问题发生之前预防它们。 例如,由人类活动引起的大气中痕量气体(例如甲烷和一氧化二氮)的增加引起的大气温室效应,据估计,它可能很快达到由二氧化碳引起的温室效应的一半。 气氛。 这些温室效应的总效应可能导致地球气候发生重大变化。 对诸如温室气体和空气污染等问题的深入研究已经使过去被忽视的大气化学的重要性变得越来越重要,并且大气化学的发展将更加迅速。 简而言之,人类生产和生活的发展将继续提出新的问题和要求,并促进大气科学的新理论和新分支的发展。 大气科学的新发展将继续提高其为生产和生活服务的能力,例如提高天气和气候预报的准确性,为开发和利用气象资源和制定经济政策等提供更可靠的科学依据, 它的经济效益和社会效益将是无法估量的。  

简而言之,人类生产和生活的发展将继续对大气科学提出新的问题和要求,并促进大气科学的新理论和新分支的发展。 大气科学的新发展必将提高其为生产和生活服务的能力,例如提高天气和气候预报的准确性,并为开发和利用气候资源,发展战略和经济政策提供更可靠的科学依据。  

主编

大气科学的子学科主要包括大气勘探,气候学,天气科学,动态气象学,大气物理学,大气化学,人工影响 天气,应用气象学等。

大气科学的各个子学科并不是相互隔离的。 例如,天气学和气候学与动态气象学相结合,以产生天气动态和物理动态气候学。 检测手段的不断创新和痕量化学分析技术的发展促进了检测方法的发展。对大气物理化学特性的分析研究促进了大气化学的发展。 尤其是,大气中二氧化碳和甲烷对气候的影响日益显着,以及大气污染和酸雨的出现,不仅使人们更加意识到了大气化学在大气科学中的重要性,而且随着人们对大气化学的深入了解, 研究的更多内容认识到大气化学过程和大气物理过程之间的相互作用促进了这两个子学科的整合。 气象卫星检测与天气分析的结合产生了卫星气象,气象雷达检测与云与降水物理学的结合产生了雷达气象。 大气科学分支的划分和结合过程反映了大气科学的不断深入发展。  

在长期的大气科学发展过程中,它首先关注气候学,天气学,大气热力学和动力学以及大气中的物理现象(例如电,光和声音),以及更一般的化学现象和 其他方面是主要的研究内容,传统上被称为“气象学”(该词源自希腊的陨石和徽标,意思是“上方”和“推论”)。 随着现代科学技术在气象学中的应用,其研究范围不断扩大。 因此,自1960年代以来,“大气科学”一词得到了越来越广泛的应用,极大地扩展了传统气象学的研究内容。 随着人们越来越意识到大气与水圈,冰冻圈,岩石圈和生物圈之间相互作用和相互影响的重要性,要了解大气变化的过程,有必要深入研究其他过程的变化。 领域变化。 因此,大气科学的研究内容越来越广泛,与其他学科的相互渗透也越来越深。  

系统研究地球大气的组成,结构和动态过程的科学。 传统上,大气科学分为三个领域:气象学,气候学和高层大气物理学。 气象学主要研究对流层和低空平流层中每日甚至每小时的天气变化。 气候学是大气某些区域中长期(1个月至数百万年)天气状况的统计描述。 高层大气物理学主要研究高层大气的物理状态和主导过程。 高层大气是指平流层下部上方大气的区域。  

大气探测

是研究探测地球大气中各种现象的方法和手段的学科。 按探测范围和探测方法划分,大气探测包括地面气象观测,高空气象观测,大气遥感,气象雷达,气象卫星量级的子级别分支。 检测方法的飞跃通常带来过去无法预测的重大发现。 在大气科学的发展中,大气探测起着非常重要的作用。  

气候学

是一门研究气候特征,形成和演变以及气候与人类活动之间关系的学科。 研究内容主要包括气候特征,气候分类,气候区划,气候成因,气候变化,气候与人类活动之间的关系,气候预测和应用气候等。自1970年代以来,世界范围内发生了几种气候异常,并且 许多地区的粮食产量急剧下降,引起了人们对世界气候的严重关注。 工业生产导致大气中二氧化碳和其他温室效应气体(例如甲烷,一氧化二氮等)的含量逐年增加。 几年之内,它们将对地球的气候产生什么样的影响,也是一个令人高度关注的问题。 电子计算机的采用促进了关于气候变化和气候模拟的物理因素的研究。 气候预测不再是一个虚幻的问题,而是已成为具有战略意义的主题。
  

天气学

是一门研究大气中各种天气现象的发生和发展规律以及如何应用这些规律进行天气预报的学科。 研究内容主要包括天气现象,天气系统,天气分析和天气预报。 气候学和气象学的研究成果不仅为大气科学提供了丰富的研究课题,而且直接为国民经济服务。  

动态气象学

是一门应用物理学和流体力学定律以及数学方法研究大气运动的动态和热过程及其关系的学科。 研究内容主要包括大气热力学,大气动力学,大气环流,大气湍流,数值天气预报和数值模拟。 动态气象学的发展对于理解大气运动的机理以及掌握天气和气候变化规律起着非常重要的作用。 它是大气科学的理论基础。  

大气物理学

是一门研究物理现象,物理过程和大气演变的学科。 研究内容主要包括云与降水物理,大气光学,大气电,大气声学,大气辐射等。大气物理学也是大气科学的理论基础。  1950年代后,有人将大气物理学称为动态气象学。  

大气化学

是一门研究大气成分和大气化学过程的学科。 研究内容主要包括大气中的痕量气体及其循环,大气中的气溶胶,大气中的放射性物质和沉淀化学等。

大气化学是大气科学中最活跃的分支。 它涉及大气成分,源和汇,化学循环以及大气中,大气与陆地和海洋之间发生的化学过程的性质和变化。 大气化学继续渗透并与其他学科融为一体,已日益成为整个人类社会迫切关注的重要学科领域。 它揭示的观测事实和研究结果已成为各国可持续发展战略和国际气候与环境变化公约谈判的基础。  

应用气象学

是通过将气象学的原理,方法和结果应用于农业,水文学,航海,航空,军事,医学等领域并结合各种专业学科而形成的边际学科。 充分开发和利用气候资源的重要领域。  

发展摘要编

大气科学是一门古老的学科。 有关天气和气候的知识源于长期的生产劳动和社会生活经验。 早在渔猎时代和农业时代,人们就逐渐积累了有关天气和气候变化的知识。 公元前2世纪的中国有24个太阳学期和72个现象。 它们是从生产和生活实践中总结出来的,并被再次使用。 指导农业活动。 后来的工农业生产活动,军事活动,航海,航空和航天活动以及海洋,冰川,高原,太空等调查的发展,不断为大气科学提出新的课题,并促进了大气的发展。 科学。  

在17世纪之前,人们对大气和大气中各种现象的理解是直观和经验性的。 在17至18世纪,由于物理和化学的发展,温度,压力,风和湿度等测量仪器的不断发明,以及氮和氧等元素的相继发现,使得人们对这种物质有了定量的认识。 大气的组成和大气的运动。 状况。 结果,大气科学研究已经从单纯的定性描述发展到可以进行定量分析的阶段。 这是大气科学发展的飞跃。  1820年,在确定大气压力,温度,湿度,风和其他气象要素以及逐步建立气象观测站网络的条件下,HW Brands绘制了历史上第一张气象图,开创了现代气象分析和气象学的先河 预测该方法为大气科学的发展向理论研究开辟了一条途径。 这是大气科学史上的又一次飞跃。  18岁C.H.D.提出的35年科里奥利力的概念以及风与压力之间的关系 1857年的贝贝罗已经成为地球大气动力学和天气分析的基石。 大约在1920年,气象学家J. Pieknis,H。Solberg和THP Bergeron提出了前沿,旋风和气团的理论,为1到2天的天气分析和天气预报的变化奠定了基础。 理论基础。  1783年,法国人J.A.C. 查理用探测气象元素的仪器制作了一个氢气球。 无线电探空仪在1930年代开始被广泛使用,这使我们能够了解大气的垂直结构,真正的三维大气科学研究也从那时开始。 根据测深数据绘制的高海拔天气图显示出长长的大气波。  1939年,气象学家C.-G.  Rossby提出了长波动力学,并由此提出了潜在涡度理论(请参阅大气动力学方程)。 这不仅将理论上的天气预报期延长至3至4天,而且为随后的数值天气预报和大气环流数值模拟开辟了道路。  1946年,I。Langmuir,VJ Schaefer和B. Vonnegut的“云播种”实验证明,在过冷的云中播种固体二氧化碳或碘化银可以使云中的过冷水滴结晶。 此后,增加了云中冰晶的数量,促进了降水,因此受到了人为的影响

就业前景
就业方向:主要受雇于各级气象部门进行天气预报; 海军和空军的气象工作; 学校和科研机构; 各级政府的防雹救灾部门等。

主要从事大气物理学,大气环境,大气探测,气象学, 气候,应用气象学及相关学科的科学研究,教学,技术开发和相关管理。  [6]